马超率领万余人入关中助战，朝廷任命马超为司隶校尉督军从事，讨伐郭援、高干等。郭援亲率大军渡过汾河时，马超率领自己的军队在郭援渡河过一半的时候截杀。
作战过程中，马超的脚部中箭受伤，但马超没有退缩，用布裹住受伤的脚，继续领军作战，大破袁军，马超部将庞德亲手将郭援斩杀，随后高干和单于呼厨泉投降。
这次的英勇作战，使得马超被后世称为“虎臣罴士“曹操担任丞相时，曾想招揽马超入朝为官，但马超没去，后来平阳大战胜利后，封马超为徐州刺史，但马超依旧没去赴任。于是曹操改封马超为谏议大夫。这场战役后，匈奴臣服东汉多年，未敢觊觎。而著名的“文姬归汉“，就发生在此战后不久。
建安十三年{公元208年}，马腾一来与韩遂不和，二来觉得自己年老，在张既的劝说下入朝为官，被朝廷任命为九卿之一的卫尉。马超的两个弟弟马休，马铁也被封奉车都尉、骑都尉，唯独马超留守凉州，被封为偏将军、都亭侯，统领马腾的部队，割据原来马家势力所在的“三辅“，依旧屯兵于槐里。
建安十六年{公元211年}三月，曹操派遣钟繇、夏侯渊率领军队出河东，试图经过马超等凉州军阀的领地进攻汉中张鲁，以马超、韩遂为首的关西军阀都怀疑曹操要攻打吞并凉州。马超料到这是曹操的假道灭虢之计，利用自己在关中西北的政治威望，联合凉州诸将起兵反抗曹操。
马超率领十万人马{包括曾经击败斩杀李傕的张横、梁兴、安定的杨秋、河东的侯选、程银、李堪、马玩、成宜}推举韩遂为都督，屯聚于渭河、潼关，建列营寨。曹操派遣曹仁率领夏侯渊、钟繇等前往拒守，因为忌惮精悍的关西兵，曹操下令让诸将坚壁固守，不要擅自进攻，等待曹操大军的支援。
八月，曹操从潼关北渡黄河，派遣徐晃、朱灵等率领四千人夜渡蒲阪津，马超知道后，派遣梁兴率领五千兵进攻徐晃，但被徐晃击退，徐晃占据河西设立营寨，曹操亲自率军从潼关北渡，前队刚过，曹操和许褚以及虎士百余人断后，马超突然率领步骑万馀杀到，全军大乱，但曹操仍然坐在胡床上不起身。
许褚、张郃等将领，见事情紧急，将曹操架起带出船中，急忙渡河，马超率领骑兵在后边追边射，箭如雨下，曹操几乎丧命。曹操部下虎卫军许褚一手用马鞍挡箭，一手撑杆，拼死救出曹操。
曹操帐下校尉丁斐在河岸放出大量牛马，马超的士兵顾不得乘胜追击，跑去抓奔跑牛马，马超控制不住，{这就是《后出师表》中:曹操殆死于潼关}曹操因此才得以成功渡河。曹操手下将领见兵败，又不知道曹操在哪，都非常的惶恐害怕，到后来见到曹操，心情有的悲伤有的惊喜，还有的都吓哭了。曹操却大笑说:“今天差点被小贼的困住了!“
马超、韩遂再次派使者送信给曹操，想割河西之地请和，但曹操不同意，马超于是退兵回到了凉州上邦，郡人任养率自己的部众迎接马超。
曹操追兵到安定后，因为河间有人反叛，于是撤军回东边，当时作为使节的杨阜劝说曹操:“马超有韩信、英布那样的勇略，又深得羌人、氐人的拥戴，整个西州都非常敬畏他，如果大军归还，不做周密的准备，恐怕陇上诸郡县，就不再属于国家的了。“曹操虽然明白马超的厉害，但河间战事迫在眉睫，就先撤兵回许昌，不过还是留下夏侯渊、张郃的名将把守要害。
建安十七年{公元212年}，正月，马超潼关之战失败不久，就迅速兼并陇上诸郡县{陇西、南安、汉阳、永阳等}，张鲁也遣大将杨昂相助马超，共集结万余人，围攻凉州刺史韦康于凉州治所冀城{今甘肃甘谷县南}。
建安十八年{公元213年}，马超割据陇上诸郡县长达一年多，韦康旧部下杨阜、姜叙、姜隐、赵昂、尹奉、姚琼、孔信、武都人李俊、王灵结谋反叛，并派遣从弟杨谟到冀城告诉杨阜另一个从弟杨岳，联合安定梁宽、南安赵衢、庞恭等蓄谋起兵。
建安二十年{公元215年}，正旦{正月初一}时候，马超妾董氏的弟弟董种来向马超恭贺新年，马超捶胸吐血而说:“家门百口余人，全部被杀害，如今我们两个还有什么好相庆祝的“我得到益州了!“于是派人去迎接马超，且偷偷把自己的一支军队给马超，让马超率兵合围成都。
马超率领兵马径直到成都，屯兵于城北，城中所有人都因为马超威名而惊恐，不到十天的时间，成都军民就崩溃了，刘璋随即开城投降。刘备平定西川后，迁升马超为平西将军，并命他总督临沮军事，因为刘备无法追封马超更高爵位，爵位还是之前的都亭侯。
公元221年，刘备称帝，国号继承为“汉“，史称“蜀汉“或“季汉“。改定元年为“章武“，封拜马超为骠骑将军，领凉州牧，进封斄乡侯。
蜀汉章武二年{公元222年}，马超患了重病，上疏给刘备:“臣宗族门下二百口人，被曹操诛杀殆尽，只剩下从弟马岱，当以我卑微的宗族让他继承，深深地托付给陛下您，其他的也没什么话了。“同年十二月{223年1月}马超病逝，年仅47岁。
建兴五年{公元227年}，诸葛亮北伐行军至沔阳，亲自诣坟所设祭祀，让马岱挂孝衣帛奔丧。
景耀三年{公元260年}，九月，马超与关羽、张飞、庞统、黄忠被追封谥号，马超